자가 조직화 InAs/InGaAs 양자점 초격자에서 공간적 국소화 엑시톤 검출로 광전 효율 향상

초록

본 논문은 InGaAs 변형 완화 양자 우물과 근접한 다중 적층 InAs 양자점의 비정상적인 온도 의존적 광발광 특성을 실험적·이론적으로 조사한 결과를 보고한다. InAs/InGaAs/GaAs 양자점 이종 구조는 고체 소스 분자 빔 에피택시(SS-MBE)로 성장시켰으며, 광발광(PL), 분광 타원계(SE), 피코초 분해능 시간 분해 PL로 분석하였다. PL 스펙트럼에서 뚜렷한 이중 방출 피크가 관측되었으며, 여기 파워 및 온도 의존성 측정을 통해 두 가지 크기 집단을 가진 InAs 양자점의 바닥 상태 전이에 기인함이 밝혀졌다. 10~300 K 범위에서 온도 의존적 발광 측정을 수행한 결과, 저온에서 저에너지 측에 비정상적인 방출이 나타나 깊은 준위를 통한 재결합으로 해석되었다. PL 피크 에너지는 국소화된 캐리어와 비국소화 캐리어 간의 경쟁 과정으로 인해 이상적인 거동을 보였다. 이를 설명하기 위해 국소화 상태 앙상블 모델을 제안하였다. 정량적 연구 결과, 양자 우물 연속 상태가 열적으로 활성화된 캐리어의 재분배를 위한 전이 채널 역할을 함을 확인하였다. 국소화 깊이와 그 영향이 조사된 이종 구조의 태양전지 응용에 미치는 영향을 규명하였으며, 이론적 계산을 바탕으로 InAs/InGaAs/GaAs 양자점 태양전지의 특성 개선 가능성을 제시하였다.

배경

자가 조립 양자점(QD)은 3차원 캐리어 구속과 δ 함수형 상태 밀도 덕분에 광전자 소재로 널리 연구되어 왔다. 최근 양자점 구조는 중간 대역 태양전지(IBSC) 구현에 제안되었으며, 가격-중간 대역 및 중간 대역-전도 대역 흡수를 통해 추가 광전 캐리어를 생성한다[1]. GaAs 기반 IBSC에서 GaAs보다 작은 에너지 밴드 갭을 가진 양자점은 탠덤 구조를 형성하여 GaAs 밴드 갭보다 낮은 에너지의 광자를 흡수함으로써 에너지 변환 효율을 높인다[2]. 양자점 중간 대역 형성을 위해서는 고밀도 양자점의 근접 다중 층 구조가 필요하다[3,4]. 그러나 양자점 층 수가 늘고 층 간격이 좁아지면 내부 압축 응력이 누적되어 InAs 양자점의 결정 품질이 저하된다. 과도한 응력은 전위를 유발하며 양자점에서 표면으로 스레딩 결함이 발생하여 InAs/GaAs 양자점 태양전지의 성능도 저하된다[5]. 이를 극복하기 위해 GaAsN, GaAsP, GaP 완충층을 이용한 응력 보상 성장 기술이 시연되었다[6-8]. 또 다른 방법은 InAs/GaAs 양자점 층을 얇은 InGaAs 응력 완화 층으로 덮는 것이다. InAs/GaAs 양자점에 비해 이 층은 InAs와 InGaAs 간의 작은 격자 불일치로 인해 광응답이 적색 편이된다. 온도 의존적 광발광 연구는 다중 적층 InAs/GaAs 양자점 태양전지에 대한 유용한 정보를 제공하며 실용적·이론적 관심이 크다. 고전적으로 반도체 밴드 갭은 온도 상승에 따라 단조롭게 감소하지만, InAs/GaAs 양자점과 같은 특수 물질은 양자점 앙상블 내 열적 캐리어 전이 메커니즘으로 인해 저온에서 PL 이상 현상을 보인다. 그러나 Ilahi 등[9]이 보여준 바와 같이 InAs/InGaAs/GaAs 양자점 이종 구조에서 성장 후 혼합 공정을 거치면 이러한 이상 현상이 점차 사라진다. Sayari 등[10]은 본 연구와 유사한 이종 구조를 광전 응용 효율 측면에서 조사하였다. 그동안 Passler, Vina, Varshni 모델 등 많은 모델이 제안되었다. 신뢰성 있는 소자 제작을 위해서는 이러한 InAs/InGaAs/GaAs 양자점 이종 구조의 온도 거동을 잘 이해해야 하며, 이를 위해 최적의 피팅 모델을 사용해야 한다. 본 연구에서는 열 재분배 계수로 보정된 Passler 고전 모델을 사용하여 엑시톤 밴드 갭의 S자형 온도 의존성을 더 잘 이해하고자 한다. 본 연구는 InAs/InGaAs/GaAs 양자점 이종 구조에서 캐리어 국소화와 전이에 대한 자기 일관적이고 정밀한 그림을 제공하며, 이는 고효율 광전 소재 제작에 극히 중요한 기술적 자료이다.

실험 세부사항

그림 1은 본 연구에서 조사한 InAs/InGaAs/GaAs 양자점 이종 구조의 개략도이다. 이 구조는 80 nm 두께의 고유 GaAs 층으로 샌드위치된 5중 적층 InAs/In_0.11Ga_0.89As/GaAs 양자점 층으로 구성된다. 에피택셜 층은 Riber MBE 32P 시스템을 사용한 고체 소스 분자 빔 에피택시(SS-MBE)로 에피레디 n⁺-GaAs (100) 기판 위에 성장시켰다. 산화물 탈착 후, 520 °C에서 도핑 밀도 2 × 10¹⁸ cm⁻³의 250 nm n⁺-도핑 GaAs 완충층을 성장시키고, 이어서 도핑 밀도 10¹⁷ cm⁻³의 1000 nm n-도핑 GaAs 베이스 층을 성장시켰다. 기판 온도를 500 °C로 낮추어 고유 영역을 증착하였다. 그림 1과 같이 반복 층은 2.5 단일층(ML) InAs 증착, 5 nm 두께 In_0.11Ga_0.89As, 33 nm 두께 GaAs로 구성된다. 양자점 형성은 고에너지 전자 회절 패턴(RHEED)을 실시간 모니터링하여 제어하였다. 5 nm 두께 In_0.11Ga_0.89As 층은 방출 및 흡수 스펙트럼을 적색 편이시키며, 33 nm 두께 GaAs 층은 스페이서 역할을 한다. InAs, In_0.11Ga_0.89As, GaAs 층의 성장 속도는 RHEED 거울점 진동으로 측정하여 각각 0.08 ML/s, 0.78 ML/s, 0.7 ML/s였다. 마지막으로 500 nm p-도핑 GaAs 이미터 층(2 × 10¹⁷ cm⁻³)과 100 nm GaAs p⁺-도핑 콘택트 층(5 × 10¹⁸ cm⁻³)을 이종 구조 위에 성장시켰다. 실리콘(Si)과 베릴륨(Be)을 각각 n형과 p형 도펀트로 사용하였으며, 성장 중 온도는 파이로미터로 교정하였다.

분광 타원계(SE) 측정은 J.A. Woollam 가변각 분광 타원계(VASE) M-2000을 사용하여 실온에서 1~6 eV 범위, 입사각 45°~60°에서 수행하였다. PL 측정에는 514.5 nm 파장의 아르곤 이온(Ar⁺) 레이저를 여기원으로 사용하였다. 시료에서 나온 발광은 고분해능 분광기로 분산되어 내장 증폭기가 있는 열전 냉각 Ge 광검출기로 검출하였다. 여기 파워 의존 및 온도 의존 PL 측정을 위해 시료를 폐쇄 순환 헬륨 크라이오스탯에 장착하였다. PL 스펙트럼은 1.5~350 mW 공칭 출력 범위와 11~300 K 온도 범위에서 획득하였다. 시간 분해 PL 측정은 10~240 K 가변 온도 폐쇄 순환 헬륨 크라이오스탯에서 수행하였다. 514 nm 파장을 여기 파장으로, 80 MHz 반복률과 1.2 ps 펄스 폭을 가진 모드 잠금 Ti: 사파이어 피코초 펄스 레이저를 사용하였다.

결과 및 논의

분광 타원계 분석

그림 2는 300 K에서 InAs/InGaAs/GaAs 양자점 이종 구조의 유전율 함수 실수부(a)와 허수부(b)를 1~6 eV 에너지 범위에서 나타낸 것이다. 두 부분은 서로 다른 패턴을 보이며, 광자 에너지에 따른 유전율 함수 변화는 1~6 eV 범위에서 광자와 박막 내 전자 간의 상호작용이 있음을 나타낸다. 두 주요 스펙트럴 특징은 각각 ~3 eV와 ~4.5 eV에서의 E₁과 E₂ 임계점(CP) 구조이다[11,12]. 가상 유전율 함수의 허수부 2차 도함수 스펙트럼의 영점 교차를 취해 다양한 밴드간 전이 에너지를 정량적으로 결정하였다. 얻어진 전이 에너지는 표 1에 요약되어 있다.

그림 3은 그림 2의 가상 유전율 함수 허수부 2차 에너지 도함수 스펙트럼이다. 2.9 eV와 3.1 eV의 두 피크는 각각 GaAs의 E₁과 E₁+Δ₁ 밴드간 전이에 해당한다. 약 4.4 eV와 4.7 eV에 위치한 두 개의 근접 피크는 InAs 양자점 층의 CP 전이인 E₀'와 E₂에 기인한다[12]. InAs의 E₁+Δ₁ CP 에너지(2.74 eV)[12]가 GaAs의 E₁(2.91 eV)[11]에 기여할 가능성은 두 에너지 값의 작은 차이로 배제할 수 없다. 저에너지 영역에서 GaAs의 밴드 갭은 ε 스펙트럼에서 약 1.4 eV에 명확히 구분된다. 또한 2차 에너지 도함수 스펙트럼(그림 3)은 1.75 eV에서 밴드간 전이를 보여주며 이는 GaAs의 E₀+Δ₀ CP 에너지에 해당한다[11]. ε₂는 물질 품질의 척도로 알려져 있으며, 가장 높은 값이 가장 급격한 계면을 의미한다[13]. 문헌에 따르면 E₂ 밴드 갭 근처 4.7 eV 영역에서 약 25의 ε₂ 값(최고 26.8)은 SS-MBE로 성장한 InAs/InGaAs/GaAs 양자점 이종 구조를 구성하는 물질의 높은 품질을 나타낸다.

광발광 특성

그림 4는 100 mW 여기 파워에서 저온(12 K) 이종 구조 활성 영역의 PL 스펙트럼이다. 스펙트럼은 고에너지 측에 위치한 비대칭 모양을 보이며, 가우시안 피팅으로 두 개의 서브 밴드로 분해할 수 있다[14]. 양자 구속 포텐셜이 양자점 크기에 의존하므로, 1.06 eV에서 가장 강한 피크는 큰 양자점(LQD)의 바닥 상태 방출에 기인하며, 1.11 eV의 고에너지 피크는 작은 양자점(SQD)의 바닥 상태 방출을 나타낸다[15]. 따라서 매우 낮은 여기 파워와 저온에서 비대칭 모양은 양자점의 이양적 크기 분포에 의한 발광임을 알 수 있다[16]. 또한 InGaAs 양자 우물 층, GaAs 전도대 전자와 탄소 수용체 준위 정공(e-C_As)[17] 간의 재결합, GaAs 밴드 갭에서 기인한 피크가 각각 1.35, 1.49, 1.51 eV 부근에서 관측된다. 이 귀속을 확인하기 위해 10~100 mW 레이저 파워 범위에서 PL 측정을 수행하였다. 또한 조사된 구조와 유사한 언캡 구조에 대해 AFM 측정을 수행하였다. 그림 5에서 볼 수 있듯 이종 구조는 파워에 무관한 PL 모양을 보인다. 가장 높은 여기 스펙트럼을 제외하면 고에너지 PL 피크의 강도와 선폭은 크게 변하지 않는다. 두 PL 피크 간의 에너지 간격(그림 5)은 약 50 meV이다. 예상대로 AFM 이미지는 제5층 양자점이 전체 밀도 7 × 10¹⁰ cm⁻²의 이양적 크기 분포를 가짐을 보여준다. 저에너지 측 피크가 큰 양자점(LQD)의 바닥 상태에 해당한다고 가정하면, 고파워에서 나타나는 고에너지 피크는 상대적으로 작은 양자점(SQD)의 바닥 상태 결과로 보인다.

온도 의존적 PL 및 재결합 메커니즘

PL 재결합 메커니즘을 이해하기 위해 10~300 K 범위에서 온도 의존적 PL 측정을 수행하였으며 결과를 그림 6에 나타내었다. 그림 7은 LQD 방출과 관련된 주 피크의 PL 에너지 위치를 보여준다. 이 피크는 10~100 K 사이에서 GaAlAs와 같은 일반적인 III-V 삼원 합금[18]과 비교하여 비정상적인 온도 의존성을 보인다. 이 온도 범위(영역 i)에서 약 12 meV의 적색 편이가 관측된다. 이 편이는 불균일하게 분포된 LQD 앙상블 내 국소화 상태를 통한 엑시톤 재결합 때문이다. 이 온도 범위에서 온도가 상승함에 따라 캐리어가 열적으로 활성화되어 앙상블 내 작은 양자점에서 큰 양자점으로 전이하여 결국 복사 재결합한다. 이는 우리 구조의 큰 양자점 크기 분산(AFM 인셋 참조)에서 기인한 현상일 가능성이 높다. 두 재결합 과정(국소화 및 비국소화 캐리어)이 PL 신호에 동등하게 참여하는 특성 온도를 T_loc/deloc으로 표기한다. 이어서 100~120 K(영역 ii) 사이에서 피크 에너지가 증가한다. 이는 얕은 상태에서 높은 상태로 캐리어가 탈출하기 때문이다. 이 특성 온도를 T_escape로 표기한다. 더 높은 온도(영역 iii)에서는 엑시톤이 완전히 비국소화되어 밴드-밴드 재결합이 회복된다.

시간 분해 광발광

InAs/InGaAs/GaAs 다중 적층 양자점의 재결합 과정을 더 이해하기 위해 광자 계수 시간 상관 기술을 이용한 시간 분해 PL을 연구하였다. 이론적으로 양자점의 엑시톤 붕괴 수명은 온도에 민감하다고 예측되었다[19]. 실험적 측정 결과 수명이 임계 온도 아래에서 일정함이 확인되었다[20]. Markus 등[21]은 실험적 오차 범위 내에서 넓은 온도 범위에서 약 950 ps의 일정한 수명을 보고하였다.

그림 8a는 17~240 K 사이에서 검출 에너지를 1.06 eV로 고정하고 여기 파장(λ_exc = 514 nm)으로 측정한 PL 붕괴 스펙트럼이다. 이 스펙트럼은 단일 지수 함수로 잘 피팅되며, 저온에서 붕괴 시간은 ~1000 ps이다. III-V 반도체 박막[22]에 비해 느린 이 붕괴 시간은 국소화 상태의 존재를 나타내는 특징[23]이며, LQD 피크에서의 캐리어 재결합은 순수하게 복사적일 것이다. 실제로 저온에서 광생성 전자와 정공은 재결합하기 전에 엑시톤을 형성하고 에너지를 이완하여 얕은 국소화 상태에 포획되는 데 시간이 걸린다. 이러한 현상이 느린 붕괴 시간을 초래한다. PL 붕괴 시간에 대한 온도 효과를 연구한 결과 그림 8b와 같이 두 가지 다른 영역이 존재함이 밝혀졌다[24]. PL 밴드의 저에너지(LQD, 1.06 eV)와 관련된 붕괴 시간은 140 K까지 거의 일정(1000 ps)하게 유지되다가 이후 온도 상승에 따라 감소한다.

이론적 접근

PL의 비정상적인 온도 의존성을 이해하기 위해 Li 등에 의해 개발된 LSE 모델[25,26]을 사용하여 PL 피크 위치를 조사하였다. 이 정량적 모델은 보론 기반 B(In)GaAs/GaAs[27,28] 합금과 InGaAs/GaAs MQW[29,30] 등 여러 III-V 물질에서 이전에 관측된 국소화 상태 발광의 비정상적 스펙트럴 특징을 만족스럽게 설명한다. 모델은 국소화 상태가 다음과 같은 가우시안형 에너지 분포를 가진 상태 밀도를 가진다고 가정한다:

$$ \rho (E)={\rho}_o{e}^{-{\left(\frac{E-{E}_{\mathrm{ch}}}{2{\sigma}^2}\right)}^2} $$ (1)

여기서 σ와 E_ch는 각각 국소화 상태 분포의 브로드닝 매개변수(국소화 깊이)와 캐리어가 전이하기 위해 넘어야 할 장벽 준위이다. 준정상 상태에서 국소화 엑시톤의 동역학은 다음 속도 방정식으로 기술된다:

$$ \frac{dN\left( E, T\right)}{dt}= G(E)+\frac{\gamma_c N\hbox{'}\left( E, T\right)\rho (E)}{\Lambda}-\frac{N\left( E, T\right)}{\tau_{\mathrm{tr}}}{e}^{\frac{E-{E}_a}{K_B T}}-\frac{N\left( E, T\right)}{\tau_{\mathrm{r}}}=0 $$ (2)

매개변수 τ_r, τ_tr, γ_c, K_B, Λ, N'은 각각 캐리어 재결합 시간(복사 수명), 캐리어 전이 시간(비복사 수명), 재포획 계수, 볼츠만 상수, 국소화 상태 총 수, 국소화 상태에서 열적으로 활성화되어 벗어난 캐리어 총 수를 나타낸다. G(E)는 캐리어 생성 속도이다. 항 \( \frac{\gamma_c N\hbox{'}\left( E, T\right)\rho (E)}{\Lambda} \)는 단위 시간당 국소화 상태에 재포획되는 캐리어 수이다. 우변의 세 번째 항은 국소화 캐리어의 열적 탈출 속도, 마지막 항은 복사 재결합에 의한 캐리어 소멸 속도이다. 국소화 캐리어의 캐리어 밀도는 국소화 캐리어의 분포 함수와 상태 밀도에 비례한다. 사실 식 (2)의 해는 식 (3)으로 기술될 수 있다.

$$ N\left( E, T\right)=\frac{\rho_o{e}^{-{\left(\frac{E-{E}_0}{2{\sigma}^2}\right)}^2}}{\left[\frac{\tau_{\mathrm{tr}}}{\tau_{\mathrm{r}}} + exp\left(\frac{\left( E-{E}_{\mathrm{ch}}\right)}{K_{\mathrm{B}} T}\right)\right]} $$ (3)

여기서 E₀는 중심 에너지이다. 수학적으로 \( \frac{\partial N\left( E, T\right)}{\partial t}=0 \)로부터 결정되는 캐리어 열적 재분배에 의한 피크 위치의 온도 의존성은 다음과 같다:

$$ E(T)={E}_0- x(T){K}_B T $$ (4)

여기서 x(T)는 비선형 방정식 (5)의 수치적 해이다:

$$ x{e}^x=\left[{\left(\frac{\sigma}{K_b T}\right)}^2- x\right]\left(\frac{\tau_{\mathrm{r}}}{\tau_{\mathrm{tr}}}\right) exp\left[\frac{\left({E}_0-{E}_{\mathrm{ch}}\right)}{K_{\mathrm{B}} T}\right] $$ (5)

식 (5)는 \( 0< x<{\left(\frac{\sigma}{K_b T}\right)}^2 \)에 대해 유일한 해를 가진다. 고온 영역에서 근사 해는 \( {\left(\frac{\sigma}{K_{\mathrm{B}} T}\right)}^2 \)이다. 식 (5)는 Eliseev 등이 제안한 밴드 테일 모델[31]을 드러낸다:

$$ E(T)\approx {E}_0-\frac{\sigma^2}{K_B T} $$ (6)

이상적인 반도체 물질의 밴드 갭은 보통 Passler 경험식[32]으로 기술된다. 열 재분배 계수에 의한 보정을 고려하면, LSE 모델로 기술되는 발광 피크 위치 변화는 식 (7)과 같다:

$$ E(T)={E}_0-\frac{\alpha \theta}{2}\left[\sqrt[ P]{1+\left(\frac{2 T}{\theta}\right)}\kern0.5em -1\right]- x(T){K}_B T $$ (7)

여기서 θ는 드바이 온도 θ_D와 비교될 것으로 예상되는 특성 온도 매개변수이다. T≫θ일 때 α는 첫 번째 도함수의 크기 한계 \( {\frac{dEg(T)}{dT}}_{T\to \infty } \)를 나타낸다. 지수 'p'는 기저 전자-포논 스펙트럴 함수의 형태와 관련된다[33]. 이 모델은 실험적 변화에 좋은 피팅을 제공하며 그림 9로 확인된다. 피팅 매개변수는 표 2에 요약되어 있다.

그림 9는 LQD 피크의 온도 의존적 광발광 변화(검정 실선 사각형)를 경험적 Passler 법칙(파란 실선)과 LSE 모델에 충실한 수정된 Passler 관계(빨간 실선)로 피팅한 결과를 보여준다.

PL 피크 에너지는 그림 10에 표현된 열적 재분배에 강하게 의존한다. 이는 극저온 영역에서 급격히 증가하며, 열 재분배의 최댓값은 에너지 변화에서 최대 적색 편이(~50~100 K)와 대응한다. 고온 PL 영역에서 열 재분배는 지수적으로 감소하여 150 K부터 비국소화 과정과 밴드-밴드 전이로의 복귀가 시작된다. 이는 고전적 곡선과 수정된 곡선이 중첩되는 그림 9에서도 관찰된다. 지수 'p'는 종파 음향(LA) 포논의 기여가 종파 광학(LO) 포논의 기여보다 더 중요함을 나타낸다. 이 기여는 발음이 포논에 의해 보조되는 고온 PL 영역에서 지배적으로 나타난다. 이양적 분포 과정은 에너지 E_ch로 분리된 비국소화 전자 및 정공 상태인 캐리어 전이 채널과 양자점 간의 결합 채널을 연다. 이 결합 채널의 기원은 여전히 논란 중[34-36]이나, 2차원 습윤층(WL)과 0차원 양자점 상태 사이에 존재하는 중간 상태로 볼 수 있다[37]. 따라서 양자점 상태의 캐리어가 더 작은 활성화 에너지로 결합 채널로 열적으로 여기된 후 유한 거리 내 이웃 양자점으로 전이할 수 있다. 이는 페르미-디랙 분포의 페르미-디랙 준위와 유사하다. 이 에너지 E_ch는 아레니우스 다이어그램(그림 11)에서 추출한 활성화 에너지 E_a보다 작다. E_a가 더 큰 이유는 캐리어가 습윤층(WL)에 도달하기 위해 더 큰 에너지가 필요하기 때문으로 그림 12에 개략적으로 나타내었다. 또한 ΔE = E_ch − E₀의 크기는 국소화 캐리어 발광의 비정상적 온도 의존성을 결정하는 데 더 중요한 역할을 한다. 물리적으로 E_ch − E₀ > 0과 E_ch − E₀ < 0 두 경우가 존재하지만, 보통 '양'의 열 활성화 에너지로 할당된다. 우리 경우 E_ch가 E₀보다 4 meV 아래에 있어 국소화 캐리어가 더 높은 에너지 상태(또는 실공간 내 사이트)로 열적으로 활성화됨을 의미한다. 이는 In_0.15Ga_0.85As 응력 완화 하부 층을 가진 단일 InAs 양자점 층[10]에 비해 감소한 값이다. σ로 할당된 포텐셜 변동 깊이는 양자점 크기 분포 불균일성의 결과이다. 포텐셜 깊이는 19 meV로 밝혀졌으며, InAs/In_0.11Ga_0.89As/GaAs 양자점 적층 수가 증가함에 따라 감소한다. 결과적으로 포텐셜 깊이 감소가 Ilahi 등 및 Helmi 등이 연구한 단일 InAs/InGaAs/GaAs 양자점 층[10,36]에 비해 구조 효율을 증가시킴을 추론할 수 있다.

그림 10은 수치적으로 결정된 온도 의존적 열 재분배를 보여주며, 국소화-비국소화 과정에 대한 특성 온도(T_loc/deloc 및 T_escape)를 표시한다. 그림 11은 조사된 시료의 아레니우스 피팅으로, 정규화된 적분 강도(검정 원)를 세 가지 활성화 에너지(빨간 실선)로 피팅하였다. 그림 12는 양자점 국소화 전자/정공(엑시톤) 상태 분포의 개략도(WL: 습윤층, CH: 캐리어 전이 채널)이다.

결론

결론적으로, 양자점 위에 InGaAs 층을 캡핑하고 GaAs 스페이서 층을 삽입하여 다중 적층 InAs 양자점을 가진 GaAs 기반 태양전지를 성공적으로 제작하였다. InAs/InGaAs/GaAs 양자점 이종 구조의 유전율 함수 스펙트럼에서 3 eV와 4.5 eV에서 관측된 두 주요 스펙트럴 특징은 각각 GaAs의 E₁과 InAs의 E₂ CP 구조에 기인한다. GaAs 매트릭스 내 InAs 양자점의 PL 스펙트럼은 강렬하며 비대칭 모양을 보여 고품질 다중 적층 InAs 양자점 구조의 성장을 입증한다. 큰 양자점과 상대적으로 작은 양자점이 PL 스펙트럼에 기여함도 입증되었다. 발광 측정은 개발된 LSE 모델을 사용하여 성공적으로 모델링되고 재해석되었다. 이론적 연구는 관측된 온도 의존적 스펙트럼을 정량적으로 해석하였으며, 피팅 매개변수를 바탕으로 다중 적층 InAs/InGaAs/GaAs 양자점에서 복잡한 자발 방출 메커니즘을 규명하였다. 본 연구는 광전 응용을 위한 InAs/GaAs 양자점 구조의 효율 개선 방법을 제시한다. 이러한 결과는 응력 공학 양자점에서 온도 의존적 캐리어 역학 이해를 돕고 조사된 구조의 효율 향상에 기여한다. 향후 연구에서는 방향성 효과와 다중 적층 구조의 InAs/GaAs 양자점 수 증가가 국소화 깊이에 미치는 영향을 연구할 예정이다.